книги из ГПНТБ / Производство стали в конвертерах учебное пособие для подготовки квалифицированных рабочих на производстве С. И. Лифшиц. 1960- 17 Мб

жанием серы до 0,07% > но с соответствующим содержанием мар­ ганца (выше 1,3%). В практике широко применяется десульфу­ рация чугуна содой и различными обессеривающими смесями между доменной печью и миксером или после миксера перед сли­

вом чугуна в конвертер. При десульфурации чугуна в ковшах должны быть приняты меры к тому, чтобы сернистый шлак не по­

падал в миксер и в конвертер. В шлаке, собирающемся на по­ верхности обессеренного чугуна, содержание серы может дости­ гать 0,9%. Даже незначительное количество такого шлака при по­ падании в конвертер может затруднить десульфурацию стали.

При содержании фосфора в чугуне до 0,15% можно работать при выплавке малоуглеродистых сталей без слива первичного

шлака; при продувке чугуна с содержанием фосфора 0,16—0,25%

необходим спуск шлака и наводка нового.

В Советском Союзе при продувке кислородом сверху приме­ няют обычно чугун следующего состава, %:

За рубежом (Австрия) работают на более марганцовистых чугунах — 1,5—2,7% Мп; содержание кремния в чугуне на одном

австрийском заводе низкое—0,1—0,3%, на другом 0,2—1,0%.

Содержание серы — 0,03—0,07 %.

На заводе Дофаско в Канаде применяют чугун следующего

среднего состава, %:

С. . 4,4 S. . . 0,025

Передел чугуна с содержанием фосфора 0,18% не вызывал за­ труднений.

Скрап. Скрап, применяемый для охлаждения процесса, дол­

жен быть чистым от посторонних примесей и малогабаритным (в мелких кусках). Скрап загружается в конвертер завалочной ма­ шиной мульдами или краном специальными коробками. Крупные куски скрапа, падая на футеровку конвертера, могут повредить ее. Иногда те места футеровки, на которые падает скрап, выклады­

вают из особо прочного кирпича.

Количество заваливаемого скрапа зависит от содержания кремния в чугуне и температуры чугуна и достигает обычно 15— 20% от веса жидкого чугуна.

Известь. Качество извести играет очень важную роль в кисло­ родном процессе. Известь должна быть свежеобожженной с рав­ номерным составом и размером кусков. Содержание кремнезема

в извести не должно превышать в среднем 2,5% при максималь­ но допустимом количестве 4,0%. Потери при прокаливании до­

пустимы не выше 10%. Содержание серы должно быть минималь­

150 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху

ным. При обжиге извести в вагранке коксом содержание серы в ней повышается и может достигать 0,3%, что очень неблагопри­ ятно отражается на десульфурации металла. При обжиге изве­ сти природным газом содержание серы в ней понижается до

0,03%. Нужно не допускать засорения извести коксом. Наиболее благоприятными размерами кусков извести являются 50— 100 мм; может быть допущено небольшое количество кусков раз­ мером 20—50 мм. Мелкая известь не годится, так как она силь­ но выдувается из конвертера струей кислорода.

От качества извести зависит продолжительность шлакообра­ зования. Чем меньше недопала в извести и чем равномернее ее кусковатость, тем раньше известь растворяется и образуется из­ вестковожелезистый шлак. От продолжительности бесшлакового периода зависит величина угара железа, стойкость футеровки и фурмы. При недостаточном шлаковом покрове фурма заплески­ вается металлом. Очистка фурмы требует затраты времени и ра­ бочей силы. Качество извести должно строго контролироваться. Количество присаживаемой в конвертер извести зависит в ос­ новном от содержания кремния в чугуне, кремнекислоты в руде

иот количества руды. Недостаточное количество извести ведет

кполучению шлака недостаточной основности. Излишек извести не растворяется и в виде комков плавает в шлаке. Количество

извести определяется по номограммам (рис. 48) или таблицам.

Определение количества извести по номограмме производится следующим образом. По горизонтальной оси находится содержа­ ние кремния в чугуне, например 0,6%. От этой точки вертикаль­ но проводится линия до наклонной кривой количества руды,

например, 800 кг. От точки пересечения линии содержания крем­ ния и линии количества руды проводится влево горизонталь­ ная линия, которая показывает, сколько нужно присадить изве­ сти. Для приведенного примера — 900 кг.

Помимо этого количества, известь еще присаживается для на­

водки шлака после его слива; эта порция извести определяется

мастером в зависимости от количества слитого шлака и приса­ живаемой руды. Общий расход извести в зависимости от соста­ ва чугуна и метода работы (со скрапом или с железной рудой)

составляет 4—9% по отношению к весу садки.

В практике некоторых заводов в СССР и за рубежом часть извести заменяется мелкораздробленным известняком.

Железная руда. Окалина. Железная руда должна иметь низ­ кое содержание кремнезема (не выше 8%), чтобы избежать уве­ личения количества шлака и снижения его основности. В руде должно быть небольшое количество мелочи, так как мелочь вы­ дувается из конвертера, особенно при присадках руды по ходу продувки. Содержание железа должно быть высоким (около 60%) для увеличения выхода жидкой стали.

Присадка, извести, кд

152 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху

Полноценным заменителем руды может служить прокатная окалина. Ее преимуществом является низкое содержание крем­

Окалина должна быть сухой. Влажная окалина может задер­ живаться на желобе при присадке ее в конвертер. Расход руды зависит от принятого метода работы. При охлаждении процесса скрапом руда дается только для некоторого увеличения содержа­ ния окислов железа в шлаке, что ускоряет растворение известии шлакообразование. Расход руды или прокатной окалины в этом случае составляет 0,7—1,0%. При работе без присадок скрапа (рудный процесс) расход руды составляет обычно 5—7% от веса

садки и регулируется мастером в зависимости от состава чугуна,

температуры футеровки конвертера, содержания углерода в про­ дуваемой стали, расхода кислорода и температуры стали преды­ дущей плавки, являющейся показателем охлаждения процесса.

Перспективным является применение окатышей из рудных кон­ центратов с содержанием 65—70% Fe и 1,5—2,0% SiOz-

Боксит и плавиковый шпат. Для ускорения шлакообразова­ ния в конвертер присаживается боксит в количестве 0,5—1,0%

от веса садки в зависимости от содержания кремния в чугуне. Главное шлакообразующее воздействие оказывает содержащий­ ся в боксите глинозем. В самом бедном боксите его содержание должно быть выше 27% и в самом богатом выше 50%. В боксите содержится до 10% кремнезема и до 55% Fe2O3 (в бедных мар­ ках). Остальные примеси имеются в незначительном количестве (от 0,1 до 3,5%). В боксите много гигроскопической влаги (до

20%).

Плавиковый шпат представляет собой соединение кальция и фтора CaF2 с пустой породой. В хорошем плавиковом шпате'

больше 92% CaF2 и не более 5% SiO2. Плавиковый шпат способ­ ствует быстрому растворению извести в шлаке и образованию жидкоподвижного основного шлака.

Марганцевая руда. Опытом установлено, что в некоторых слу­ чаях присадка марганцевой руды в конвертер помогает десуль­

фурации металла. Для кислородного конвертерного процесса должна применяться обогащенная марганцевая руда с содержа­ нием марганца не ниже 45% и кремнезема не выше 10%.

Рудно-известняковые брикеты. В Советском Союзе имеются большие запасы богатых железом мелких руд. Окускование этих

руд посредством брикетирования или окатывания дает возмож­ ность получить все преимущества работы с кусковатой рудой. (Брикетирование — это прессование руды или смеси руды и из­ вестняка со связывающим веществом. Окатывание — это беспрес-

совый способ получения комков руды или смеси ее с известняком и другими флюсующими материалами. Посредством окатывания материалов во влажном состоянии в гладких вращающихся ба­ рабанах или на вибрационных плоскостях получаются комки ша­ рообразной формы — «окатыши»). Брикеты и окатыши для при­ дания им прочности подвергаются сушке и обжигу. Основное до­

стоинство рудно-известняковых брикетов заключается в том,

что при тесном перемешивании мелкоизмельченных руды и изве­ стняка получается легкоплавкая смесь, обеспечивающая быстрое шлакообразование, что очень важно для конвертерного процесса с продувкой кислородом сверху.

Состав брикетов приведен в табл. 33.

Температура плавления брикетов составляет 1250°. Присадкой рудно-известняковых брикетов можно регулировать

температурный режим процесса за счет тепла, затрачиваемого на разложение известняка.

7. Периоды плавки. Реакции, протекающие в конвертере. Шлакообразование

В конвертер загружают установленное количество скрапа, из­

вести, рудьи, окалины или рудно-известняковых брикетов и бокси­ та. После этого сливается в конвертер чугун. Сыпучие материа­ лы можно присаживать в конвертер и после слива чугуна. После загрузки конвертер ставится в вертикальное положение и в него

опускают фурму для подачи кислорода. Медное сопло фурмы устанавливают на определенном расстоянии от зеркала ванны в спокойном состоянии. Кислород начинают подавать, как только фурма вошла в конвертер.

154 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху

Расстояние от наконечника фурмы до ванны является очень важным технологическим фактором, от которого зависит скорость процесса, режим шлакообразования, угар железа и стойкость фурмы. Начало процесса ведут при самом нижнем принятом по­ ложении фурмы, например 700—800 мм над уровнем ванны в спо­ койном состоянии для 25-т конвертера при расходе кислорода 70—80 mzImuh. Это обеспечивает мгновенное зажигание опера­ ции. Нижнее положение фурмы должно быть таким, чтобы не

прогорал медный наконечник. Если фурма опущена чрезмерно низко, она подвергается сильному воздействию перегретых ка­ пель металла из реакционной зоны и прогорает в торце.

Кислородная струя, проникая в металл, прежде всего окисля­ ет железо. Образовавшиеся окислы железа быстро разносятся по

всей ванне и окисляют кремний, марганец, углерод и фосфор. Часть примесей в реакционной зоне окисляется непосредственно кислородом. На рис. 49 представлен характерный ход окисления

примесей и образования шлака при продувке 25,7 т мартеновско­ го чугуна кислородм сверху через цилиндрическое сопло диамет­

ром 42 мм.

В первые три минуты продувки окисляется весь кремний 1 с образованием кремнезема. Одновременно окисляются марганец,

фосфор и углерод, что отличает этот процесс от томасовского,

при котором фосфор начинает окисляться только при передувке,

когда содержание углерода в металле понижается до 0,04—0,05%.

В первые 3 мин. продувки при интенсивном окислении кремния, марганца и фосфора скорость окисления углерода ниже, чем в

последующие периоды. В этот период в шлаке еще недостаточно СаО. Кислотные окислы SiC>2 и Р2О5 — связаны главным образом с основными окислами FeO и МпО в силикаты железа и марган­ ца (2FeO ■ SiO2, 2MnO • SiO2) и фосфорнокислое железо (3FeO • Р2О5). Основность шлака через 3 мин. продувки состав­ ляет 0,77. Через 6 мин. образуется шлак с основностью выше единицы. Содержание окислов железа понижается. Через 6 мин. 10 сек. продувки сливается шлак. Слив шлака обычно произво­ дят через 5—10 мин. после начала продувки. За 1—2 мин. перед сливом первичного шлака фурму поднимают до уровня 1000— 1200 мм над ванной или уменьшают расход кислорода в 1,5— 2,0 раза. При подъеме фурмы или уменьшении расхода кислоро­

да развиваются поверхностные реакции окисления, увеличивает­ ся содержание окислов железа в шлаке и вспученность шлака,

благодаря чему он легко сливается при наклоне конвертера. Для

этой же цели иногда за 1—2 мин. до слива шлака в конвертер присаживают небольшую порцию руды. Сливом шлака заканчи­

вается первый период плавки.

1 Содержание кремния в пробах 1—5 объясняется раскислением проб алю­ минием с высоким содержанием кремния.

После слива шлака в конвертер присаживаются известь, ру­ да и боксит и начинается второй период продувки. Вначале фур­ ма 1—2 мин. держится в верхнем положении для увеличения со­ держания окислов железа в шлаке и ускорения растворения из­ вести. после чего опускается в нижнее положение до конца про-

время от начали продувки,мин.

Рис. 49. Изменение состава металла и шлака по ходу продувки

дувки. Во втором периоде окисляется главным образом углерод. Содержание окислов железа в шлаке понижается вследствие

очень высоких скоростей окисления углерода, достигающих

0,35% С в минуту. При повышении температуры между 9-й и 12-й мин. продувки восстанавливается марганец и незначительно фосфор, что объясняется понижением содержания окислов же­

156 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху

леза в шлаке. В последние минуты продувки при понижении со­ держания углерода в стали до 0,1 % увеличивается содержание окислов железа в шлаке, что влечет за собой окисление марганца и фосфора, содержание которых к концу продувки малоуглеро­ дистого металла понижается.

Основность шлака по ходу продувки постепенно увеличивает­ ся и к концу плавки составляет 2,72.

Содержащаяся в шлаке MgO переходит из магнезитбхроми-

товой футеровки конвертера.

Состав первичных шлаков (через 6—8 мин. после начала продувки) обычно колеблется в следующих пределах в зависи­ мости от состава чугуна, дутьевого режима и присадок руды, извести и боксита, %:

того первичного шлака, присадок извести, руды и боксита, дуть­

евого режима и содержания углерода в продуваемой марке ста­ ли колеблется в следующих пределах, %:

8. Особенности дефосфорации

При нормальном ходе продувки кислородом сверху происхо­ дит быстрое окисление фосфора в самом начале продувки. Фак­ тически через 3 мин. продувки основное количество фосфора уже окислено и в дальнейшем держимся на низком уровне при высо­ ком содержании углерода, чему способствует образование из­ вестковожелезистых жидкоподвижных шлаков (см. рис. 49).

фосфора в стали понижается, что видно из данных табл. 34, по­ лученных статистической обработкой большого количества пла­

вок, продутых кислородом сверху в 25,5^т конвертере. Исход­

ное содержание фосфора в чугуне около 0,1 %.

Подъем фурмы и снижение давления кислорода для увели­ чения окислениости шлака и присадки руды облегчают дефос­ форацию.

Зависимость содержания фосфора в стали от основности

шлака при содержании FeO в шлаке 7—9% при выплавке стали с содержанием углерода 0,14—0,22% представлена в табл. 35.

Таблица 34

Содержание FeO в конечном шлаке, %

Например, рельсовая сталь с содержанием углерода 0,50—0,73% в большинстве случаев имеет содержание фосфора в пределах

от 0,020 до 0,040%.

Слив стали из конвертера через летку, принятый в СССР,

устраняет перемешивание металла со шлаком при выпуске и восстановление фосфора.

9. Десульфурация стали

Десульфурация металла при конвертерных переделах за­ труднена. Эт*о объясняется кратковременным воздействием шла­ ка на металл. Поэтому при конвертерных переделах содержа­ ние серы в чугуне строго ограничивается и широко применяется внедоменная десульфурация чугуна. Содержание серы в стали

1 Степень десульфурации — это отношение количества удаленной серы к ее исходному содержанию, выраженное в процентах.

158 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху

После слива шлака и добавки извести содержание серы в стали несколько увеличиваемся вследствие повышенного содер­ жания серы в извести (0,23%). В дальнейшем содержание серы вновь понижается. Общая степень десульфурации составляет всего 26,3%. Для успешной десульфурации необходимы жидко­ подвижные шлаки высокой основности с низким содержанием окислов железа, горячий ход процесса и энергичное перемеши­ вание ванны. Все эти условия обеспечиваются при продувке чугуна кислородом сверху. Несмотря на это, десульфурация стали иногда вызывает серьезные затруднения в результате

позднего (в конце продувки) образования шлака такого соста­

ва, который необходим для успешного обессеривания, и в ре­ зультате холодного хода процесса.

Из всех составных частей шлака главное влияние на ход десульфурации оказывают кремнезем, окись кальция, основ­

ность шлака и закись марганца. Влияние основности шлака на

содержание серы в металле и степень десульфурации при содер­

жании серы в чугуне 0,060—0,065%, марганца 1,35—1,50 и крем­

ния около 0,6% приведено в табл. 36.

нии увеличения основности шлака на ход десульфурации; одна­ ко степень десульфурации при основности 2,6—3,0, встречаю­ щейся наиболее часто, недостаточно высока. Это объясняемся

сульфурации при надлежащей жидкоподвижности. Жидко-

подвижность шлака увеличивается при присадках боксита.

Влияние присадок боксита и плавикового шпата на ход де­ сульфурации. На рис. 50 приведено изменение состава металла и шлака плавки, проведенной с присадкой боксита. Садка чугуна составляет 25,5 т.